Лесли Элеазер Орджел FRS [1] (12 января 1927 – 27 октября 2007) был британским химиком . Он известен своими теориями о происхождении жизни .
Лесли Орджел родился в Лондоне, Англия , 12 января 1927 года. Он получил степень бакалавра гуманитарных наук по химии с отличием в Оксфордском университете в 1948 году. В 1951 году он был избран членом колледжа Магдалины в Оксфорде, а в 1953 году ему была присуждена степень доктора философии по химии.
Орджел начал свою карьеру в качестве теоретика- неорганика и продолжил обучение в этой области в Оксфорде, Калифорнийском технологическом институте и Чикагском университете .
Вместе с Сидни Бреннером , Джеком Дуницем , Дороти Ходжкин и Берил М. Оутон он был одним из первых людей в апреле 1953 года, кто увидел модель структуры ДНК , построенную Фрэнсисом Криком и Джеймсом Уотсоном , в то время как он и другие ученые работали на химическом факультете Оксфордского университета. [2] По словам покойного доктора Берил Оутон, позже Риммера, они все вместе ехали на двух машинах, как только Дороти Ходжкин объявила им, что они отправляются в Кембридж, чтобы увидеть модель структуры ДНК. Все были впечатлены новой моделью ДНК, особенно Бреннер, который впоследствии работал с Криком; сам Орджел также работал с Криком в Институте биологических исследований Солка . [3]
В 1955 году он присоединился к химическому факультету Кембриджского университета . Там он работал в области химии переходных металлов и теории поля лигандов , опубликовал несколько рецензируемых журнальных статей и написал учебник под названием «Химия переходных металлов: теория поля лигандов» (1960). Он разработал диаграмму Оргеля, показывающую энергии электронных термов в комплексах переходных металлов.
Оргель сформулировал свою теорию старения, связанную с ошибкой трансляции белка , в 1963 году [4] (до того, как Манфред Эйген стал использовать этот термин для обозначения катастрофы мутационной ошибки ), которая с тех пор была подвергнута экспериментальному сомнению. [5]
В 1964 году Орджел был назначен старшим научным сотрудником и профессором-исследователем в Институте биологических исследований Солка в Ла-Хойе, Калифорния , где он руководил Лабораторией химической эволюции. Он также был адъюнкт-профессором на кафедре химии и биохимии Калифорнийского университета в Сан-Диего и был одним из пяти главных исследователей в спонсируемой НАСА программе NSCORT по экзобиологии . Орджел также участвовал в программе НАСА Viking Mars Lander в качестве члена группы молекулярного анализа, которая разработала прибор для газовой хроматографии и масс-спектрометрии , который роботы взяли с собой на планету Марс .
Лаборатория Оргеля нашла экономичный способ производства цитарабина — соединения, которое является одним из наиболее часто используемых сегодня противораковых средств .
Вместе со Стэнли Миллером Оргел также предположил, что пептидные нуклеиновые кислоты , а не рибонуклеиновые кислоты , представляли собой первые пребиотические системы , способные к саморепликации на ранней Земле .
Его имя широко известно благодаря правилам Оргела , приписываемым ему, в частности второму правилу Оргела: « Эволюция умнее вас». [6]
В своей книге «Происхождение жизни » Орджел ввел понятие определенной сложности , чтобы описать критерий, по которому живые организмы отличаются от неживой материи. Он опубликовал более трехсот статей в своих исследовательских областях.
В 1993 году Оргел выступил на конференции «Что такое жизнь?» в Тринити-колледже в Дублине, Ирландия, вместе со многими другими выдающимися учеными, изучающими происхождение жизни, такими как Манфред Эйген , Джон Мейнард Смит и Стивен Джей Гулд . Доклад Оргела был на тему «Молекулярная структура и неупорядоченные кристаллы». [7]
Орджел умер от рака поджелудочной железы 27 октября 2007 года в хосписе и центре паллиативной помощи в Сан-Диего, штат Калифорния .
Орджел предложил новое решение проблемы с предложенным Хуаном Оро механизмом синтеза азотистых оснований на ранней Земле , который основывался на реакции пяти молекул цианистого водорода (HCN) для образования аденина . Проблема заключалась в том, что для этого потребовалось бы гораздо более концентрированное количество цианистого водорода, чем предполагалось в имеющихся доказательствах.
Оргель предположил, что цианистый водород заморожен в растворе. [8] Это позволило бы сконцентрировать молекулы HCN в пространствах между кристаллическими решетками льда, а также решить проблему слишком высокой летучести HCN в жидком водном растворе.
Для синтеза нуклеозидов ( нуклеиновое основание + рибозный сахар) Оргель предложил почти противоположный подход, нагревая смесь рибозы и пуриновых нуклеиновых оснований гипоксантина , аденина и гуанина досуха в присутствии ионов магния . [9] Эта реакция помещает гликозидную связь в правильное положение двумя способами: нуклеиновое основание присоединяется к правильному углероду на рибозе и в правильной ориентации (бета- аномер ).
Однако позже этот синтез подвергся критике, поскольку он в основном работал только с гипоксантином — азотистым основанием, которое не имеет отношения к современной жизни на Земле, а также поскольку он не был специфичен для рибозного сахара и мог быть применен к другим сахарам.
Продолжая свою работу по изучению пребиотического синтеза РНК , Оргель исследовал механизмы, с помощью которых неорганические фосфатные [10] и нуклеотидные фосфорильные группы [11] могли быть химически активированы для конденсации в полимеры нуклеиновых кислот. Начиная с 1960-х годов Оргель исследовал различные активирующие агенты на основе цианида, которые могли вероятно присутствовать на молодой Земле. Было обнаружено, что карбодиимидный реагент эффективен для активации нуклеотидных фосфорильных групп и способствует образованию коротких димеров и тримеров аденозина. [12] В 2018 году Джон Д. Сазерленд и его коллеги предположили, что метилизоцианид и ацетальдегид могут объединяться, образуя пребиотический активирующий фосфатный агент, который мог вероятно образоваться в условиях ранней Земли. [13]
Оргель также предположил, что одна единственная нить РНК могла быть шаблоном для первой жизни на Земле и что эти имидазол-активированные нуклеотиды могли использовать эту нить РНК-шаблона для полимеризации и репликации . Лорманн и Оргель сообщили, что производное фосфоримидазолида аденозинмонофосфата (в котором кислород фосфорильной группы замещен имидазольным кольцом) образует короткие аденозиновые олигомеры в присутствии полиуридиновых шаблонов. [11] Они также обнаружили, что двухвалентный катион металла, используемый для катализа реакции, влияет на региохимию межнуклеотидной связи. [14] Pb 2+ давал в основном 5'-2' связанные нуклеотиды, тогда как Zn 2+ давал в основном 5'-3' связанные нуклеотиды из гуанозиновых фосфоримидазолидов в присутствии полицитидиновой матрицы. Было также показано, что монтмориллонитовая глина способствует полимеризации аденозинфосфоимидазолида в олигонуклеотиды длиной в десятки оснований, начиная с полиаденозинового 10-мерного праймера. [15] В отсутствие монтмориллонита праймер был заблокирован посредством образования 5'- аденозинпирофосфата .
Олигонуклеотидные продукты в ранних исследованиях обычно характеризовались с помощью комбинации 14 C радиомечения , гель-электрофореза и бумажного электрофореза . Ферментативное расщепление использовалось для дифференциации региоизомеров . [12] Появление ВЭЖХ позволило характеризовать длинные олигомеры гуанозина. [14]
Хотя позже он преуменьшил значение этой гипотезы, Орджел вместе с Фрэнсисом Криком предложили подробный сценарий панспермии для происхождения жизни на Земле, зайдя так далеко, что предположили, что жизнь на Земле была разработана инопланетным видом и отправлена на Землю. [16] Они предложили проект космического корабля, который инопланетяне могли использовать для засевания жизни на Земле.
В конце 1960-х годов Оргел предположил, что жизнь была основана на РНК до того, как она стала основана на ДНК или белках. Его теория включала гены, основанные на РНК и РНК-ферментах. [17] Эта точка зрения была развита и оформлена в ныне широко принятую гипотезу мира РНК .
Почти тридцать лет спустя Орджел написал пространный обзор гипотезы мира РНК. [18] В этом обзоре были освещены многие предложенные синтезы РНК и ее частей в абиотических условиях, отмечена значимость открытия рибозимов (молекул РНК, которые функционируют как ферменты , как когда-то предсказал Орджел) и в то же время продемонстрированы полимеры нуклеиновых кислот с альтернативами рибозе, такие как треозонуклеиновая кислота (ТНК) и пептидонуклеиновая кислота (ПНК) .
В заключение Оргель написал: «Нужно признать, что, несмотря на значительный прогресс, проблема происхождения мира РНК далека от решения» [18] .